VALGUSTUS TÖÖKOHAS (0)

EESTI MAAÜLIKOOL
Tehnikakolledz
Merlin-Hans Hiiekivi
VALGUSTUS TÖÖKOHAS
Kursusetöö
Biotehniliste süsteemide õppekava
Juhendaja : dotsent Oliver Sada PhD
Tartu 2016
Sisukord
Sisukord 2
1Mõisted 4
2Kuidas mõõdetakse 5
3Valgustus 5
1Loomulik valgustus 5
2Tehisvalgustus 5
3Avariivalgustus 6
4kunstlik valgustus vs loomulik päevavalgus 6
6
4Lambid 7
1Hõõglamp 7
2Halogeenlamp 7
3Säästu e. Luminofoorlamp 7
4LED lamp 8
5Valgustuse valimine 10
1Valgustuse põhitõed 10
10-200 luksi ebatäpse töö korral 10
200-800 luksi normaalseteks toiminguteks 10
800-3000 lx eriotstarbeks 11
Kui valgustussüsteem on integreeritud laega (üldvalgustus), on raske kindlustada töökohtadel optimaalset valgustatuse jaotust. Palju tähelepanu nõuab ruumi üldvalgustuse konstruktiivne lahendus, kuigi tööolukorras on üldvalgustust kasutada 11
6Valgustuse nõuded 11
1Piirinormid 12
2Valgustatuse normid kontorites 12
4Valgustuse langemise suund / hajutatus töökohal 12
7Valgustuse mõju 13
1 Valgustuse mõju tervisele ja töövõimele 13
2Kunstliku valguse ohud 13
3Valgustusvigadest tulenead tervisehäired 14
4Kuvarite pimestav mõju 14
8Valgustuse planeerimine 15
1Paigaldamise näide: e- Sense ActiLume klassiruumis. 16
9Kokkuvõte 17
10Kasutatud kirjandus 17
Ajaraafik
Tegevus/kuupäev
10-16. 02
17-23. 02
24.02- 1.03
2-8. 03
9-15. 03
16-22. 03
23.-29. 03
30.03-5.04
6-12. 04
13-19. 04
Lähteandmete valik
xxxxx
Kirjanduse otsimine
xxxxx
xxxxx
xxxxx
xxxxx
xxxx
Kirjandusega tutvumine
xxxxx
xxxxx
xxxxx
Arvutused
Kokkuvõte
------x
Vormistamine
xxxxx
Esitamine ja kaitsmine
xx
Retsensioon
xx
Tabel 1
Sissejuhatus
Kuna nägemise kaudu saab inimene u. 90% infost, mida ta töös kasutab, on valgustus üks tähtsamaid mõjureid töökohal. Halb valgustus madaldab tööviljakust, soodustab silmade väsimist ning silma-, närvi-, südame-veresoonte jt haiguste teket ja arengut.
Esmajoones on oluline töökoha valgustatus.

Mõisted
Avariivalgustus on selleks, et kiires korras eemaldada suuri koguseid mürgiseid plahvatusohtlikke gaase ja aurusid?
Integraalne valgustussüsteem - loomuliku valguse allikaid laes täiendatakse nende vahele paigutatud päevavalguslampidega.
Kandela on inimsilma tundlikkuse järgi määratud valgustugevuse ühik, steradiaan aga ruuminurk
Kombineeritud valgustus koosneb ülavalgustusest ja kohtvalgustusest
Loomulik valgustus on tööruumide valgustamine päikesevalgusega.
1 luks (lx) on valgustustihedus , kui 1 m2 suurusele pinnale langeb 1 luumeni (lm) suurune valgusvoog
Luksmeeter on valgustustiheduse mõõtja .
Luminofoorlamp on elavhõbe -madalrõhu- gaaslahenduslamp . Nad ei tööta ilma juhtlülituseta, sest nende poolt tekitatud pingelang on negatiivne toitepinge suhtes (voolu kasvamisega väheneb takistus)
1 luumen on valgusvoog, millele vastab üks kandela sterradiaani kohta (1 lm = 1 cd⋅str).
Pimestamine jaotub otseseks ja kaudseks. Otsene pimestamine võib aset leida kui väga tugevalt valgusallikalt langeb kiir silmale. Kaudset pimestamist tähendatakse arvutustehnika korral kui kuvarile langeb mõni ere kiir aknast või valgustist
Pinnaheledus- valgusvoog mis peegeldub vaadeldavatelt pindadelt(cd/m2)
Stroboskoopiline efekt esineb päevavalguslampide korral, kui võib täheldada valgusvoo kõikumist. Töötaja võib selle tõttu näha liikuvat eset seisvana, mis omakorda võib põhjustada töötaja vale liigutuse ja õnnetusjuhtumi
Steradiaan on ruuminurk, mis hõlmab raadiuse ruuduga võrdset sfääri pinda; seega on sfääri ruuminurkade summa 4? steradiaani.
Valgus on elektromagnetkiirgus, mille  lainepikkus ega vahemikus 380...700 nanomeetrit.
Lainepikkusega 380 nm liikuvat kiirgust tajub  inimsilm lilla värvina ja 700 nm lainepikkusega lõpeb punase värvusena tajutava valguse ala.
Valgustuse intensiivsus (valguse hulk, mis langeb tööpinnale) peab olema piisavalt kõrge, kuna visuaalsed tegevused tuleb tavaliselt läbi viia kiiresti ja ettevaatlikult.
Peale valguse intensiivsuse (lux) on tähtis ka pinna heledus(cd/m2).
Valgustuse juhtimine on valgustist väljuva valgusvoo reguleerimine ja kontrollimine.
Valguse kvaliteedi põhinäitajateks on värvsustemperatuur Tc, mida mõõdetakse Kelvinites, ja värviedastusvõime, mida tähistatakse indeksiga Ra.
Värvsustemperatuur iseloomustab valguse psühholoogilist meeldivust ja hubasust.
Ülavalgustus on tehisvalgustuse liik kusd valgusalli9kad asuvad laes.
Ülavalgustuise võib saavutada ka laes olevate loomulike valgusallikate, valguskuplite abil.

Kuidas mõõdetakse
Pinna, sealhulgas tööpinna valgustatust mõõdetakse luksides (lx), valgusti valgusvoogu luumenites (lm). Valgustuse normeerimine algab valgusallika valgustugevusest, mille ühikuks on kandela (cd), mis vastab etalonile - monokromaatilise (540.1012 Hz) valgusallika kindlale võimsusele (vastab ligikaudu ühele steariin- või parafiinküünlale). Kui valgusallikas üks kandela kiirgab ruuminurka üks steradiaan (sr), on seal valgusvoog üks luumen.
Valguskiirgust mõõdetakse nt valgusmõõdiku ehk fotomeetriga.

Valgustus
Valgustus jaotub loomulikuks valgustuseks, tehisvalgustuseks ja avariivalgustuseks
Ruumide normaalne valgustatus saavutatakse kas loomulikul teel (päikesevalgus) või
tehisvalgusallikate abil.

Loomulik valgustus
Pikka aega pimedates ruumides või öövahetuses töötajatel häirub organismi bioloogiline tasakaal ultraviolettkiirguse puudumise tõttu (tekib nn “bioloogiline pimedus”).
Loomulik valgustus võib olla:
1) ülavalgustus – katuselaternatest
2) külgvalgustus - akendest
3) kombineeritud valgustus: nii üla - kui ka külgvalgustus.
Üldnõue on, et tootmisruumid ja kontoriruumid oleksid valgel ajal valgustatud loomuliku valgusega. Loomuliku valgustuse asendamine kunstlikuga on lubatud ainult erijuhul, näiteks valmistatav toodang teatud tootmisprotsessi staadiumides on tundlik päikesevalgusele (kunstkiud).
Valgusallikad
o Loomuliku valguse puhul on tööviljakus 10% kõrgem
o Hõõglambil on kollakas soojem valgus, väike ökonoomsus
o Päevavalguslambil sinakas külm valgus väreleb
Looduses kõigub valgustatus miljoneid kordi. Valgustatus võib olla suvel selge taeva puhul, kui päike on kõrgel, 100 000 lx, pilvituse korral 10 000 lx, pilves ilmaga talvel 2000 lx, kuuvalgel maksimaalselt 0,5 lx
Loomuliku valgustuse puhul normeeritakse loomuliku valgustuse koefitsient
e= 10x(Esees/ Eväljas)
Esees- valgustustihedus töötasapinnal (0,8 m põrandapinnast)
Eväljas- valgustustihedus samal ajal väljas
külgvalgustuse korral emin , mis mõõdetakse 1m aknale vastasseinast
üla- ja kombineeritud valgustuse puhul ekesk

Tehisvalgustus
Tehisvalgustust kasutatakse, kui loomulikust valgustusest ei piisa.
Jaotatakse:
1) ülavalgustus, mille puhul valgustid on laes paigutatud ühtlaselt või lokaliseeritult; viimasel juhul saadakse tugevdatud valgustus üksikutes kohtades.
2) kombineeritud valgustus, mis koosneb ülavalgustusest ja kohtvalgustusest; kohtvalgustus võib olla statsionaarne või teisaldatav.
Ainult kohtvalgustuse kasutamine tööstuses ei ole lubatud, kuna sel juhul tekivad teravad varjud ja kontrastid . See väsitab silmi ja suurendab töövigastuste ohtu.
Ülavalgustuse osa kombineeritud valgustuses peab olema vähemalt 10%.
Ainult kunstliku valgustuse kasutamine tööstuses on lubatud üksnes sel juhul, kui seda nõuab tehnoloogia - kunstkiud, täppismõõteriistad, elektroonikaaparatuur, kus töödeldakse materjale, mis ei talu päevavalgust.
kunstliku valgustuse värvus/lainepikkus - milline parim Valgustuse värvuse eelistused on geograafiliselt erinevad - lõunamaades eelistatakse pigem külmemat tooni kunstvalgust, põhjamaades, ka Eestis, enamasti soojemat tooni valgustust . Siin on kindel seos kliimaga , me vajame alateadlikult ruumides sooja aistingut - päikest on ju niigi nii harva! Tüüpilised Eesti büroodes kasutatavad valgustoonid on 3000K (soe valge) ja 4000K (neutraalvalge). Eelistatum tundub siiski olema soojem toon. Valguse värelusest on juba niipalju kirjutatud, et piirdume konstanteeringuga - elektrooniline valgusti, mille värelussagedus on kümneid kordi kõrgem tavalisest odavast induktiivvalgustist on ALATI parem!
Samuti sõltub see töökeskkonnast, kas tegemist on kinnise või akendega ruumiga, kas tegemist on üksiku töökohaga või paljudega ühes suuremas ruumis. Arvestama peaks ka töö iseloomu. Neile, kes töötavad värvidega (näiteks disainerid, juuksurid, kosmeetikud) ning peavad neid hästi eristama .
Enamasti on ratsionaalne , kui töökohta valgustab kaks valgustussüsteemi

• üldvalgustus, mille puhul valgustid on laes paigutatud ühtlaselt või lokaliseeritult;
  
• kohtvalgustus, mis võib olla statsionaarne või teisaldatav.
  

Avariivalgustus
Avariivalgustus on
1) töö jätkamiseks töövalgustussüsteemi rikke korral (vähemalt 5% töövalgustusest) 2) inimeste evakueerimiseks.
Valgustitena kasutatakse põhiliselt kaht tüüpi lampe :

• Hõõglambid
  
• Päevavalguslambid
  

Päevavalguslampe kasutatakse täpsema töö puhul. Nende puuduseks on valgusvoo
kõikumine, mida nimetatakse stroboskoopiliseks efektiks .
Sellest saab vabaneda, kui
- lambid lülitada vooluvõrgu erinevatesse faasidesse
- nihutada lampe kondensaatorite abil.

kunstlik valgustus vs loomulik päevavalgus
Loomulik valgustus on tehisvalgusega võrreldes inimesele vastuvõetavam, see stimuleerib organismi elutegevust, inimesele jääb seos loodusega, väliskeskkonnaga
Kunstvalgusega sellise valgustiheduse saavutamiseks on vaja kulutada suurel hulgal energiat ja tulemus ei saa ikkagi sedavõrd mugav. Põhiline erinevus on selles, et päikesevalgus on teise iseloomuga , valgus hajub ühtlasemalt ja peegeldub tihti ka maapinnalt üles- moodustades ühtse tervikliku valguspildi, kunstvalgusega on sarnast tulemust saavutada väga keeruline - kasvõi seetõttu, et enamikes meie büroodes on põrand praktilistel kaalutlustel tume ja ei peegelda valgust tagasi.
Normidele vastavas nn kunstliku valguse keskonnas on töövõime suurem kuna saame muuta pea kõiki valgustus näitajaid, nii valgustihedust, valguse langemis nurka kui ka valguse värvust.
Kõige ideaalsem oleks töökohal muutuv valgustugevus ja temperatuur, mis muutuvad vastavalt kellaajale ja loodusliku valguse muutumisele. Tänapäeval on see võimalik, kuid nõuab märksa suuremat investeeringut

Lambid

Hõõglamp
Eredamat valgust andev hõõglamp tarbib rohkem voolu ja kulutab rohkem energiat. Hõõgniidi kiire läbipõlemise üks peapõhjusi on tema ehituse ebaühtlus. Mõnes kohas on hõõgniit pisut peenem , sellises kohas on tema takistus suurem ja vastavalt elektrivoolu seadustele ka soojuse eraldumine ning temperatuuri tõus, mis omakorda veelgi kiirendavad selles kohas niidi peenemaks põlemist. Loomulikult on sellised peenemad kohad tundlikumad ka igasuguste põrutuste ja vibratsiooni suhtes.
Hõõglambil on vähene kasutegur: ainult 5–10% tarbitavast elektrienergiast muudab hõõglamp valguseks, ülejäänud 90–95% muundub tarbetuks soojuseks.

Halogeenlamp
Sinaka külma valgusega halogeenlamp (Cool Beam ) võib nimest hoolimata valgustit lubamatult kuumendada, eriti siis, kui lamp paigaldatakse valesse valgustisse, millel on sellise lambi kasutamist keelav tähis
Halogeenvalgustis paiknev lamp on väga kuum, mõnel juhul üle 500 ºC. Seepärast võivad kergesti süttida valgusti külge riputatud ja lambi lähedale asetatud esemed. Halogeenlambi kvartsklaasist kolbi läbib ka kahjulik ultraviolettkiirgus , mille kõrvaldamiseks võib valgustil olla vastav kaitseklaas.
Üheks hõõglambi täiuslikumaks eriliigiks tänapäeval on halogeenlamp, milles hõõgniidi aurustumist ja kolvi mustumist takistavad täitegaasile lisatud halogeenid (jood ja broom ), mis omakorda võimaldavad tõsta hõõgniidi töötemperatuuri ja sellega ka valgusviljakust 30% ja tööiga 2–4 korda. Hõõgniidilt aurustunud osakesed sadestuvad tagasi, eelistades just kuumemaid (peenemaid) kohti. Volframi ja halogeeni ühendite sadestamise tõkestamiseks kolvi seintele on kolvisisene temperatuur viidud 300–600 oC-ni. Selline kõrge temperatuur suurendab halogeenlampide tuleohtlikkust. Samuti on nende miinuseks sageli ka ultraviolettkiirgus, mis võib kahjulikult mõjuda näiteks tapeetide , tekstiilide ja maalide värvidele.
Lampide energeetilise efektiivsuse näitajaks on nende valgusviljakus, see tähendab väljastatava valguse intensiivsust luumenites (lm) tarbitava elektri võimsuse (W) korral. Tavalise hõõglambi valgusviljakus on 10–20 lm/W, võimsamatel lampidel on küll suurem valgusviljakus, kuid see-eest lühem tööiga. Näiteks 40 W hõõglambi valgusviljakus on 12,5 lm/W, seevastu 60 ja 100 W pirnil vastavalt 14,2 ja 17,0 lm/W. Praktiliseks piiriks jääb umbes 25 lm/W.

Säästu e. Luminofoorlamp
Väikseid päevavalguslampe ehk kompaktlampe (säästulampe) on mitut tüüpi, mõned sarnanevad väliselt. Päevavalguslambid on suurema valgusviljakusega, st. kulutavad vähem elektrienergiat kui sama valgusvooga hõõglambid.
Elektrienergia muundatakse optilise kiirguse energiaks gaaslahendusprotsesside abil. Levinuimad on madalrõhu kaarlambid, mille hulka kuuluvad ka luminofoorlambid. Laiemale üldsusele on nad tuntud ka päevavalguslampide (torukujulised) ja kompaktlampide (koosnevad tavaliselt mitmest väiksemast torust, kuid neid on ka tavalisi hõõglampe meenutava väliskujuga) nime all. Rahvasuus on viimaste kohta käibel ka nimetus “säästulamp( pirn )”. Selle lambi kolb on täidetud madalarõhulise elavhõbedaauruga, millele on süütamise hõlbustamiseks lisatud mõningane kogus argooni või krüptooni (100–200 Pa). Süütamiseks on neis lampides etteköetavad elektroodid , mis elektrivoolu toimel kiiresti kuumenevad kuni 1000 oC ja hakkavad intensiivselt eraldama elektrone. Kaarlahendus käivitatakse süüturi abil kõrgemat pinget (pingeresonantsi) rakendades. Elektrivälja toimel kiirendatud elektronid põrkuvad elavhõbedaauru aatomitega ja viivad väliskatte elektrone ebastabiilsetesse ergastatud seisunditesse, millest nad kohe langevad tagasi stabiilsele põhinivoole, kiirates seejuures energia ülejäägi ultraviolettkiirguse footonina. Viimase neeldumisel lambiklaasi sisepinnale kantud luminofoori(de)s muutub see nähtavaks luminestsentsvalguseks, mille koostis ehk värvitoon sõltub luminofoori(de) koostisest.
Näiteks kollaka varjundiga sooja valguse Tc on umbes 2700 K, puhas valge 3000 K, külm valge aga 4000 K. Paremat meeleolu loob soe, kuid tööviljakust suurendab külm valgus. Värviedastusvõime iseloomustab võimet näidata esemete värve samasugustena, nagu nad paistavad päevavalguses. Luminofoorlampidel on see võime üldiselt kõrge. Head värviedastusvõimet pakuvad lambid, mille Ra>80.
Luminofoorlampide valgusviljakus on tavaliselt vahemikus 50–100 lm/W, seega vähemalt viis korda suurem kui tavahõõglampidel (10–20 lm/W), ja tööiga 5000–15 000 tundi, mis ületab hõõglambi oma keskmiselt 10 korda. Niisiis vähendaks hõõglampide asendamine luminofoorlampidega valgustuseks kuluvat elektrienergia hulka umbes viis korda nii igas peres kui ka riigi mastaabis.
Kokkuhoiu täpsemal rehkendamisel tuleb arvesse võtta ka lampide erinevat hinda. Kompaktlampide hinnad on viimastel aastatel kiiresti langenud ja müügikampaaniate käigus võib osta neid juba praegugi hinnaga, mis ületab hõõglambi oma vaid kümme korda. Arvestades kompaktlampide samavõrd pikemat tööiga, jäävad täiendavad kulutused lampide vahetamisel pikemas perspektiivis hoopis ära.
Nõukogudeaegsetest päevavalguslampidest saadud kogemustest tingitud eelarvamused, et luminofoorlambid sütivad vilkudes ja aeglaselt, valgus väreleb, ise surisevad, ei tööta õues ja jahedas, ei talu sagedast sisse-välja lülitamist jne, tuleks unustada. Tänu moodsatele elektroonsete sagedusmuunduritega liiteseadiste kasutuselevõtule on paremate firmade toodangus need puudused praktiliselt kõrvaldatud. On hoopis uusi meeldivaid lisandusi. Osrami Dulux-seeria alamseeria Sensor lambid on näiteks varustatud ka valgustundliku anduriga, mistõttu lamp süttib õhtuhämaruse saabudes automaatselt ning lülitub koidikul välja, alamseeria Facility lampe võib süüdata ka liikumisandurite abil, Vario -lampe võib aga hõlpsasti lülitada 60%-lisele säästure_iimile, kui seda korraks välja lülitada ja seejärel uuesti sisse lülitada.

LED lamp
Valgusdioodi tähtsaimaks osaks on mõne millimeetri suurune kahest erinevast pooljuhist koosnev kiip, mis on paigutatud räni- või galliumikristallist alusele. Kiirgava footoni energia e lainepikkus (värvus) sõltub LED-lampides pooljuhtmaterjali kihtidest ja kasutatavatest lisanditest. Levinumad lisamaterjalid on alumiinium, arseen , gallium, indium , fosfor ja lämmastik . Nende varieerimise abil võib luua dioode, mis kiirgavad erineva lainepikkusega valgust alates infrapunasest kuni ultravioletini, võimaldades saada meile soovitud värvusega valgusallikat..
Enamikul juhtudel vajatakse valgustuseks siiski valget valgust, mida valgusdiood otseselt ei anna. Seepärast kasutatakse valge valguse saamiseks LEDides mitmesuguseid võtteid. Enamasti kaetakse selleks kiibi alla asetatud reflektor-alus fosfooriga ( ütrium ja alumiinium), mis dioodi UV- või sinise valguse mõjul luminestseerib valgena. Samuti kasutatakse valge valguse saamiseks ka kolme põhivärvuse (sinise, rohelise ja punase) liitmist.
Üksik LED on tavaliselt 3–5 mm läbimõõduga, vajab tööks vaid mõnevoldilist alalispinget, ning tarbides vaid 1 vati voolu, võib anda mitmekümne luumeni jagu valgust. Suurema valgusvoo saamiseks ühendatakse neid mitme kaupa ühise sokliga (ka tavalisele hõõglambile omase E27) koondlampi, saades nii soovitud tugevusega valgusallika. Peale erakordselt pika tööea (50 000–100 000 tundi) on LEDidel palju teisigi voorusi . Väike tööpinge ja minimaalne soojenemine teeb nad sobivateks ohtlikes keskkondades , suur põrutuskindlus võimaldab neid kasutada sõidukite valgustites. Tänu üliväikesele energiatarbele pruugitakse neid autonoomse toitega avarii-väljapääsude märgistajatena. Hästi sobivad nad ka programmjuhtimisega valgusefektide loomiseks dekoratiiv- ja reklaamvalgustuses tänu juba toodetavatele valgustusplaatidele ja -lintidele.
Tänu arendustöödele paljudes laborites paranevad LEDide efektiivsusnäitajad kiiresti. Näiteks Cree Xlamp LED-lambi valgusviljakus ulatub valge valguse korral juba tasemeni 85 lm/W. First Components on valmistanud LEDi, mis üksikuna kiirgab kuni 250 lm valgusviljakuse 100 lm/W juures. Hiljuti tehtud avastus näitab, et LED-valgustuses võivad avaneda veelgi suurepärasemad perspektiivid tänu nanotehnoloogiliste materjalide kaasamisele.
Kuidas valida õige pirn?
Energiaklassid jagunevad järgmiste protsentide alusel (energiatarve võrreldes nn. standardvalgustiga)
A
B
C
D
E
F
G